Занятие №6. «Телефонная связь. Краткие сведения о звуковых колебаниях»

ОП.06 Автоматизированные системы управления и связь

Тема: «Основы проводной связи»

Занятие №6. «Телефонная связь. Краткие сведения о звуковых колебаниях»

Связь, при которой сообщения передаются по проводам с использова­нием электрических сигналов, называется проводной.

Способы организации и технической реализации проводной связи приведены на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Способы организации и технической реализации проводной связи

При осуществлении связи по проводам информация может переда­ваться голосом и приниматься на слух (телефонная связь), вводиться и приниматься с помощью аппаратуры, обеспечивающей передачу буквенно-цифрового текста сообщения (телеграфная связь), в виде неподвижных изображений – фотографий, чертежей, схем, рисунков, таблиц и т. д. (фак­симильная связь), подвижных изображений (телевизионная связь), а также (Шкетов цифровой информации.

Проводную связь подразделяют на дальнюю (междугородную) и местную (городскую).

Для осуществления проводной связи используют наземные проводные линии связи и подземные кабели связи, а также промежуточные усилители и оконечную аппаратуру связи.

Стоимость сооружений проводной связи протяженностью в несколько десятков и сотен километров достаточна велика. Поэтому естественным является стремление к увеличению пропускной способности систем про­водной связи.

В настоящее время для этой цели используются системы, обеспечива­ющие одновременную передачу по проводной линии большого количества сообщений. При этом каждое сообщение передается по отдельному каналу связи. В автоматизированных системах управления для передачи данных в основном используются стандартизованные каналы связи для передачи как аналоговой, так и дискретной информации (телеграфные и телефонные широкополосные каналы связи), отвечающие предъявляемым к ним требо­ваниям. Следует отметить, что проводная связь может сочетаться с радио и радиорелейной связью, а также с космической связью.

Телефонная связь. Телефонная связь – наиболее массовая система проводной связи, обеспечивающая обмен речевой информацией в оперативно­-управленческой деятельности пожарной охраны. Основная задача телефо­нии заключается в передаче звука на некоторое расстояние.

Для осуществления телефонной связи необходимо наличие телефон­ных сетей. Телефонная есть представляет собой комплекс технических со­оружений и оборудования, состоящий из телефонных узлов связи, теле­фонных станций, кабельной канализации, линий проводной связи и абонентских установок. Через эту сеть можно передавать речь, цифровые данные, изображения, видео- и другие виды информации.

Процесс телефонной передачи сообщения заключается в преобразова­нии звуковых колебаний речи в колебания (изменения) электрического то­ка, передачи его по проводным линиям и обратном преобразовании элек­трических колебаний в звуковые.

Краткие сведения о звуковых колебаниях. Звук может порождаться голосовыми связками, музыкальными ин­струментами и т. д. Звук создается областями высокого и низкого давлений в окружающей среде, эти перепады давления стимулируют внутреннее ухо человека, генерирующее импульсы, которые мозг распознает как звук. Средой передачи для звука является воздух. Передача осуществляется ме­ханически и представляет собой чередования высокого и низкого давлений, быстро распространяющихся по воздуху подобно волнам. Таким образом, механические колебания, распространяющиеся в твердых, жидких и газо­образных средах, называются звуковыми волнами. Как и в случае любой другой механической передачи, по мере удаления от источника звук стано­вится тише. Энергия звука, первоначально сконцентрированная в одной точ­ке, распространяется на все большую площадь по мере того, как перепад давлений удаляется от источника звука. Затухание звука также происходитпо причине того, что соударение молекул воздуха друг с другом носит неупругий характер. Все это ограничивает расстояние, на которое разборчивая речь может быть передана по воздуху, и как бы мы ни усиливали звук, максимальное расстояние не превысит порядка 1 км.

Звуковые колебания бывают простые и сложные. На рис. 6.2 изображен график синусоидального колебания, которое характеризуется частотой F, периодом Т и амплитудой А.

Рис. 6.2. График синусоидального колебания

Частота колебаний F – количественная характеристика периодических колебаний, равная отношению числа циклов колебаний по времени их завершения. Измеряется частота колебаний в герцах (Гц), т. е. одно полное колебание за одну секунду, а также в килогерцах (1 кГц = 1 000 Гц) и в мегагерцах (1 МГц = 1 000 кГц = 1 000 000 Гц).

Период колебания Т – это время, в течение которого произошло одно полное колебание. Отсюда частота колебаний, Гц,

где Т – период колебаний, с.

Амплитуда колебаний А – наибольшее отклонение колеблющейся точ­ки отположения равновесия за время одного периода. Чем больше амплитуда, тем большей громкостью обладает звук. Амплитуда колебаний в лю­бой момент времени определяется по формуле

где a(t) – текущее значение амплитуды колебаний; А ₀– максимальное значение амплитуды колебаний; ω – круговая частота колебаний в рад/с, ω = 2 πF; t – текущее время, с.

Расстояние, которое проходит звуковая волна в течение одного перио­да, называется длиной волны:

λ = cT,

гдеλ – длина волны, м; с – скорость распространения звука в воздушном пространстве, с = 330 м/с; T – период колебаний, с.

В воздушной среде звуковые волны, встречая на своем пути препят­ствия, оказывают на него некоторое давление. Количественно звуковое давление оценивается силой действия волны на площадку, расположенную перпендикулярно к направлению распространения звука:

где Р – звуковое давление, Па; F _зв– сила действия звуковой волны; S – площадь препятствия, м².

Для сравнения громкости звука пользуются следующим выражением оценки уровня громкости звука:

где L – уровень громкости звука, дБ; Р _эф– эффективное звуковое давление для звука стандартной частоты, равной 1 кГц; Р _о– стандартный порог слышимости для звука с частотой 1 кГц, равный 20 мкПа.

Наиболее громкий звук, соответствующий звуковому давлению 50 Па и воспринимаемый как болевое ощущение, называют порогом болевого ощущения. Мощность звука человеческой речи незначительна, при средней громкости разговора она соответствует звуковому давлению 0,5-1 Па.

Человек с нормальным слухом способен различить звуки, частота ко­торых лежит в пределах от 16 до 20 000 Гц. Частоты выше 20 кГц называ­ются ультразвуковыми.

Изобретение в 1876 г. телефонного аппарата позволило передавать разговоры на большие расстояния. Телефонный аппарат преобразует меха­ническую энергию в электрическую и наоборот. Наличие такого преобра­зования обеспечивает превращение воздушных колебаний в электрический сигнал, который может быть передан по проводам с периодическим усиле­нием для компенсации потерь.

Служебные системы телефонной связи обеспечивают передачу частот от 300 до 3 400 Гц при динамичном диапазоне 10-15 дБ.

На рис. 6.3 изображена простейшая схема телефонной передачи речи.

Схемы угольного микрофона и электромагнитного телефона представленына рис. 6.4 и 6.5 соответственно. Во время разговора мембрана микрофона (М) колеблется под действи­ем звуковых волн. Эти колебания оказывают переменное давление на уголь­ный порошок, вызывая изменения контактного электронного сопротивления его гранул.

Рис. 6.3. Схема телефонной передачи речи

Электрическое сопротивление угольного микрофона уменьшает­ся при сжатии гранул и увеличивается при их разжимании. В результате из­меняется величина электрического тока в цепи, соединяющей микрофон и телефон (Т) с источником питания (батареей) (Б). Переменный электриче­ский ток создает вокруг катушки телефона переменный магнитный поток, который, складываясь с магнитным потоком постоянного магнита, вызывает переменную силу притяжения мембраны телефона. Мембрана, колеблясь, создает в воздухе соответствующую волну изменяющегося давления, кото­рое ухо и мозг человека интерпретируют как звук.

Для осуществления телефонной связи необходимо обеспечить питание микрофонов телефонных аппаратов.

Рис. 6.4. Схема угольного микрофона	Рис. 6.5. Схема электромагнитного телефона

В настоящее время телефонная передачасообщений осуществляется по схеме соединения телефонных аппаратов с местной батареей (МБ) и центральной батареей (ЦБ), как показано на рис. 6.6 и 6.7 соответственно.

Рис. 6.6. Схема телефонной связи с местным питанием

Рис. 6.7. Схема телефонной связи с центральным питанием

В этих схемах в качестве передатчика используется угольный микрофон, а в качестве приемника электромагнитный телефон. В схеме на рис. 6.6 у каждого микрофона имеется своя батарея питания. Такая система связи называется системой с местной батареей. Величина тока питания в системе связис местной батареей не зависит от сопротивления линии связи и может быть. получена при небольшом напряжении батареи 1,5-3 В.

Система телефонной связи с МБ имеет недостатки, связанные с наличием большого количества индивидуальных батарей, что усложняет эксплуатацию и увеличивает число повреждений. В связи с этим указанная система в пожарной охране может применяться при тушении пожаров и полевых условиях, т. е. в случае временной организации связи.

При постоянной эксплуатации телефонной сети система питания с МБ заменяется системой с ЦБ. В этом случае микрофоны абонентских аппаратовпитаются от одной обшей аккумуляторной батареи, установленной на те­лефонной станции. При этом способе питание к микрофонам поступает только во время проведения пе­реговоров.

Чтобы передача в телефонной сети была двухсторонней (дуплексной), в месте передачи и приема в электрическую цепь включают последова­тельно микрофон и телефон. Однако такая схема обладает существенным недостатком: в ней возникает явление местного эффекта, обусловленное тем, что в телефоне достаточно громко воспроизводятся звуки собственной речи, затрудняющие понимание речи принимаемого абонента. Поэтому во всех современных телефонных аппаратах функциональные элементы со­единяют так, чтобы устранялось явление местного эффекта.

Вопросы и задания

1.Какя связь называется проводной?

2. Изобразите способы организации и технической реализации проводной связи (рис.6.1) в виде таблицы, разработанной самостоятельно.

3. В каких видах может передаваться информация по проводам?

4. Что предпринимается в настоящее время с целью увеличения пропускной способности систем про­водной связи?

5. Что собой представляет телефонная связь?

6. Что необходимо для осуществления телефонной связи?

7. Какова физическая сущность передачи звука?

8. Что такое звуковая волна?

9. Выполнить таблицу следующей формы: